臺灣博碩士論文加值系統

化學機械拋光(Chemical mechanical polishing or planarization; CMP)為半導體製程中唯一可達到全區域平坦化的關鍵技術。
目前應用於化學機械拋光製程中的拋光墊，皆以聚胺酯(Polyurethane)發泡型高分子為主，因其發泡結構使得拋光墊表面佈滿孔洞可儲存研磨液，但也因孔洞直徑大小不一致，造成研磨液消耗過度；故本研究在聚胺酯高分子中添入兩種微米級(60μm)石墨粉末，成型後製成無孔型石墨拋光墊(No porous Graphite Pad)並搭配傳統鑽石碟(DG329)對晶圓氧化層(Oxide)進行化學機械研磨及機械性質之探討；添入60微米的石墨粉末之目的在於，石墨具備潤濕性質，可使研磨液充分的潤濕拋光墊表面，使之磨粒均勻的分佈於拋光墊上，有助於晶圓氧化層之移除。實驗結果顯示添加石墨之拋光墊移除率皆比未添加的拋光墊來得高，且晶圓氧化層表面的均勻性也較佳。

In Chemical mechanical polishing (CMP) field, Polyurethane materials is widely use on polishing pad, because it have porous can save the slurry, but easy cause glazing, because the porous size is not average.
In this study, we add two micron (60μm) of graphite powder in the polyurethane polymer, one is the natural graphite; the other for the hydrogenation of natural graphite after heat treatment, both in polymer addition level of 0%, 8%, 16 %, 24%, after forming polishing pad made of graphite-free pass (No porous Graphite Pad) and with the conventional diamond disk (DG329) on the wafer oxide, and discuss chemical mechanical polishing and mechanical properties.
The experimental results showed that the Hydrogenated graphite pad is not removed more than highly hydrogenated graphite pad, and the wafer surface after removal of oxide layer uniformity are increasing. So we suggestion 8% addition of hydrogenated graphite oxide can achieve the best performance on the removal rate and uniformity.

目錄
中文摘要 I
ABSTARCT III
誌謝 V
目錄 VI
圖目錄 IX
表目錄 XIV
第一章 緒論 1
第二章 文獻回顧 3
2.1 CMP簡介 3
2.2鑽石修整器 5
2.3拋光液 6
2.4拋光墊 7
2.4.1拋光墊種類 8
2.5聚胺酯彈性體之起源 12
2.5.1聚胺酯基本構造與聚合反應 13
2.5.2聚胺酯發泡方式 16
2.5.3聚胺酯結構與性質分析 18
2.5.4聚胺酯複合材料相關文獻 20
2.6石墨 21
2.7研究動機與目的 23
第三章 實驗內容 24
3.1 實驗藥品 24
3.1.1 PREPOLYMER 24
3.1.2 POLYOL 24
3.1.3 CATALYSTS 24
3.1.4 GRAPHITE POWDER 24
3.2實驗設備 26
3.2.1研磨拋光機 26
3.2.2薄膜測厚儀 26
3.2.3傅立葉紅外線光譜儀(ATR-FT-IR) 27
3.2.4熱重量分析儀(TGA) 27
3.2.4微差掃描熱分析儀(DSC) 28
3.2.5動態機械分析儀(DMA) 28
3.2.6 高解析度場發射型掃描式電子顯微鏡(SEM) 29
3.2.7 熱游離型掃描式電子顯微鏡(SEM) 29
3.2.8 雷射共軛顯微拉曼光譜儀 30
3.2.9硬度計(SHORE D) 30
3.2.10壓縮回彈測試儀 30
3.2.11萬能拉力試驗機 31
3.2.12接觸角量測儀 31
3.4實驗流程 32
3.4.1 POLYURETHANE PAD製備 33
3.4.2實驗材料 35
3.5 實驗樣品檢測與環境模擬 36
第四章 結果與討論 37
4.1 拋光墊基本物性分析 37
4.1.1 硬度(HARDNESS) 37
4.1.2 壓縮回彈率(COMPRESSION SPRING RATE)與壓縮率(COMPRESSION RATIO) 39
4.1.3 抗張強度(TENSILE STRENGTH) 45
4.1.4動態機械分析(DMA)試驗 49
4.1.5潤濕角(CONTACT ANGLE) 54
4.1.6晶圓氧化層移除率(WAFER REMOVAL RATE)與不均勻性（NON-UNIFORMITY） 57
4.2 拋光墊表面結構分析之紅外線光譜(FTIR) 66
4.2.1 石墨粉末與拋光墊表面結構SEM分析 74
4.3 拋光墊熱分析 78
4.3.1 TGA分析圖 78
4.3.2 DSC分析圖 80
第五章 結論 82
參考文獻 83





圖目錄
圖 2.1 CMP示意圖 04
圖 2.2 整齊的鑽石碟 05
圖 2.3 獨立發泡體型拋光墊 08
圖 2.4 連續發泡體的拋光墊 09
圖 2.5 表面具有固定研磨砥粒之拋光墊 10
圖 2.6 表面具有溶解砥粒之拋光墊 11
圖 2.7 化學發泡體拋光墊 12
圖 2.8 石墨層狀結構 21
圖 3.1 未經氫化處理之K23石墨粉末SEM圖 25
圖 3.2 氫化處理之K23石墨粉末SEM圖 25
圖 3.3 研磨拋光機 26
圖 3.4 薄膜測厚儀 26
圖 3.5 傅立葉紅外線光譜儀(ATR-FT-IR) 27
圖 3.6 熱重分析儀TGA 27
圖 3.7 微差掃描熱分析儀(DSC) 28
圖 3.8 動態機械分析儀(DMA) 28
圖 3.9 高解析度場發射型掃描式電子顯微鏡(SEM) 29
圖 3.10 熱游離型掃描式電子顯微鏡(SEM) 29
圖 3.11 雷射共軛顯微拉曼光譜儀 30
圖 3.12 實驗流程圖 32
圖 3.13 A劑與B劑 33
圖 3.14 A劑與B劑以高速攪拌機混合攪拌 33
圖 3.15 在模具中使PU成型 34
圖 3.16 後硬化加工 34
圖 3.17 CNC加工與溝槽寬度 34
圖 3.18 膠狀軟墊黏於拋光墊背面 35
圖 3.19 NPP、GNP與GHP之拋光墊 35
圖 3.20 DG- PDA329鑽石修整器 36
圖 4.1 NPP與GHP系列在烘箱乾燥、DI Water、鹼性研磨液50%、鹼性研磨液100%，置放12小時之硬度。 38
圖 4.2 NPP與GNP系列在烘箱乾燥、DI Water、鹼性研磨液50%、鹼性研磨液100%置放12小時之硬度。 38
圖 4.3 NPP與GHP系列在乾燥、DI Water、鹼性研磨液50%、鹼性研磨液100%置放12小時之壓縮回彈率比較圖。 41
圖 4.4 NPP與GNP系列在乾燥、DI Water、鹼性研磨液50%、鹼性研磨液100%置放12小時之壓縮回彈率比較圖。 41
圖 4.5 (A) NPP浸泡於3M NaOH/1hr (B) NPP浸泡100%鹼性研磨/30min(D)
NPP浸泡100%鹼性研磨液/3hr 42
圖 4.6 NPP與GHP系列在烘箱乾燥、DI Water、鹼性研磨液50%、鹼性研磨液100%置放12小時之壓縮率。 44
圖 4.7 NPP與GNP系列在烘箱乾燥、DI Water、鹼性研磨液50%、鹼性研磨液100%置放12小時之壓縮率。 44
圖 4.8 NPP與GHP系列在烘箱乾燥、DI Water、50%鹼性研磨液、100%鹼性研磨液置放12小時之之抗張強度 46
圖 4.9 NPP與GNP系列在烘箱乾燥、DI Water、鹼性研磨液50%、鹼性研磨液100%置放12小時之之抗張強度 46
圖 4.10 NPP與GHP系列在烘箱乾燥、DI Water、50%鹼性研磨液、100%鹼性研磨液置放12小時之斷裂延伸率 48
圖 4.11 NPP與GNP系列在烘箱乾燥、DI Water、50%鹼性研磨液、100%鹼性研磨液置放12小時之斷裂延伸率 48
圖 4.12 NPP與GNP系列機械阻尼 51
圖 4.13 NPP與GHP系列機械阻尼 51
圖 4.14 NPP與GNP系列彈性模數(動態模數) 52
圖 4.15 NPP與GNP系列彈性模數(動態模數) 52
圖 4.16 NPP與GHP系列損失模數 53
圖 4.17 NPP與GNP系列損失模數 53
圖 4.18 NPP與GHP系列在DI Water、50%鹼性研磨液、100%鹼性研磨液置放12小時之接觸角 56
圖 4.19 NPP與GNP系列在DI Water、50%鹼性研磨液、100%鹼性研磨液置放12小時之接觸角 56
圖 4.20 NPP、GHP系列在50%鹼性研磨液之晶圓氧化層移除率(WRR)與不均勻性(NU) 59
圖 4.21 NPP、GNP系列在50%鹼性研磨液之晶圓氧化層移除率(WRR)與不均勻性(NU) 59
圖 4.22 NPP、GHP(8%)、GNP(16%)系列50%鹼性研磨液之晶圓氧化層移除率(WRR)與不均勻性(NU) 60
圖 4.23 NPP、GHP系列在100%鹼性研磨液之晶圓氧化層移除率(WRR)與不均勻性(NU) 60
圖 4.24 NPP、GNP系列在100%鹼性研磨液之晶圓氧化層移除率(WRR)與不均勻性(NU) 61
圖 4.25 NPP、GHP(8%)、GNP(16%)系列100%鹼性研磨液之晶圓氧化層移率(WRR)與不均勻性(NU) 61
圖 4.26 鹼性研磨液之奈米氧化矽懸浮粒子示意圖 62
圖 4. 27 鹼性研磨液之奈米氧化矽懸浮粒子附著於GHP系列拋光墊示意圖…62
圖 4. 28 鹼性研磨液之奈米氧化矽懸浮粒子附著於GHP系列拋光墊示意圖…63
圖 4. 29 氧化矽電荷分佈圖…………………………………………………….….63
圖 4.30 氧化矽基板電荷分佈圖…………………………………………………...64
圖 4.31 鹼性溶劑分子與氧化矽基板反應之示意圖……………………………..65
圖 4.32 NPP烘箱乾燥、浸泡DI Water與浸泡不同濃度研磨液之官能基變化(650~2000cm-1)………………………………………………………………………67
圖 4.33 NPP烘箱乾燥、浸泡DI Water與浸泡不同濃度研磨液之官能基變化(2000~4000cm-1)……………………………………………………………………..67
圖 4.34 GHP(8%)烘箱乾燥、浸泡DI Water與浸泡不同濃度研磨液之官能基變化(650~2000cm-1)………………………………………………………………………68
圖 4.35 GHP(8%)烘箱乾燥、浸泡DI Water與浸泡不同濃度研磨液之官能基變化(2000~4000cm-1) 68
圖 4.36 GHP(16%)烘箱乾燥、浸泡DI Water與浸泡不同濃度研磨液之官能基變化(650~2000cm-1) 69
圖 4.37 GHP(16%)烘箱乾燥、浸泡DI Water與浸泡不同濃度研磨液之官能基變化(2000~4000cm-1) 69
圖 4.38 GHP(24%)烘箱乾燥、浸泡DI Water與浸泡不同濃度研磨液之官能基變化(650~2000cm-1) 70
圖 4.39 GHP(24%)烘箱乾燥、浸泡DI Water與浸泡不同濃度研磨液之官能基變化(2000~4000cm-1) 70
圖 4.40 GNP(8%)烘箱乾燥、浸泡DI Water與浸泡不同濃度研磨液之官能基變化(650~2000cm-1) 71
圖 4.41 GNP(8%)烘箱乾燥、浸泡DI Water與浸泡不同濃度研磨液之官能基變化(2000~4000cm-1) 71
圖 4.42 GNP(16%)烘箱乾燥、浸泡DI Water與浸泡不同濃度研磨液之官能基變化(650~2000cm-1) 72
圖 4.43 GNP(16%)烘箱乾燥、浸泡DI Water與浸泡不同濃度研磨液之官能基變化(2000~4000cm-1) 72
圖 4.44 GNP(24%)烘箱乾燥、浸泡DI Water與浸泡不同濃度研磨液之官能基變化(650~2000cm-1) 73
圖 4.45 GNP(24%)烘箱乾燥、浸泡DI Water與浸泡不同濃度研磨液之官能基變化(2000~4000cm-1) 73
圖 4.46 未經氫化處理之K23石墨粉末SEM圖 75
圖 4.47 氫化處理之K23石墨粉末SEM圖 75
圖 4.48 氫化處理K23石墨粉末與K23石墨粉末Raman 75
圖 4.49 NPP SEM圖 76
圖 4.50 GHP(8%)與GNP(8%) SEM 76
圖 4.51 GHP(16%)與GNP(16%) SEM 76
圖 4.52 GHP(24%)與GNP(24%) SEM 77
圖 4.53 GHP系列與GNP系列之石墨潤滑型態 77
圖 4.54 NPP與GHP (Td)圖譜 78
圖 4.55 NPP與GHP TGA圖譜 79
圖 4. 56 NPP與GNP TGA圖譜 79
圖 4.57 NPP與GHP系列DSC圖譜 81
圖 4.58 NPP與GNP DSC圖譜 81



表目錄
表2. 1 聚氨酯酚子特徵結構之紅外線光譜波峰範圍 28

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